Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра « Теплогазоснабжение, вентиляция, водообеспечение и прикладная
гидрогазодинамика »
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
Б.3.1.6 «Гидрогазодинамика»
280700.62 "Техносферная безопасность"
форма обучения – заочная
курс – 3
семестр – 5
зачетных единиц – 3
всего часов – 108
лекции – 2+2
практические занятия – 4
лабораторные занятия – 4
самостоятельная работа – 24
зачет – 5 семестр
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
«_» ________ 2014 года,
протокол № _
Зав. кафедрой _____________/______________/
Рабочая
программа утверждена на заседании
УМКС/УМКН
«__» ________ 2014 года,
протокол № _
Председатель УМКС/УМКН _______/______________/
Саратов 2014
1. Цели и задачи дисциплины
Цель преподавания дисциплины: использование основных законов
естественно научных дисциплин в профессиональной деятельности,
применяя методы математического анализа и моделирования, теоретического
и экспериментального исследования.
Задачи изучения дисциплины: сводятся к получению базовых знаний
по гидрогазодинамике на основе общих теорем. На основе базовых знаний
изучить практические приложения. Необходимо решить вопросы, связанные
с механикой жидкости, устройством и работой гидросистем.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения
курса.
1. Высшая математика (дифференциал и производная, разложение
функций в ряд Тейлора, интегрирование)
2. Теоретическая механика
3. Сопротивление материалов
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих
компетенций: ОК-6, ОК-10, ПК-3,
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные физические свойства жидкостей и газов, общие
законы и уравнения статики, кинематики и динамики жидкостей и газов,
особенности физического и математического моделирования одномерных и
трехмерных, дозвуковых и сверхзвуковых, ламинарных и турбулентных
течений идеальной и реальной несжимаемой и сжимаемой жидкостей;
уметь: применять знания при решении инженерных задач прикладного
характера;
владеть: методиками проведения эксперимента и доработки
результатов
опытных
данных;
методами
расчета
параметров
гидрогазодинамических процессов.
4. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам
и видам занятий
№
модуля
№
недели
№
темы
Наименование
темы
Часы
Всего
Лекции
Лабора
торные
5
6
7
Практичес
-кие
8
СРС
1
2
3
4
9
1
36
1
Краткий
исторический
обзор.
Предмет
курса
гидрогазодинамики.
Примеры
гидромеханических
задач
из
техники.
Объект
изучения.
Основные физические свойства
жидкостей и газов: плотность,
удельный
вес,
сжимаемость,
изменение объема при изменении
температуры, теку- честь, вязкость.
Два режима движения жидкости и
газа. Гипотеза сплошности.
13
0.5
1
0.5
6
2
37
2
Гидростатика. Силы,
действующие в жидкостях:
объемные (массовые) и
поверхностные. Свойства
гидростатического давления.
Уравнение равновесия
жидкости Л. Эйлера.
Определение сил давления
покоящейся жидкости на
плоские и криволинейные
поверхности. Распределение
давления в покоящемся газе
при изотермическом и
адиабатическом состояниях
газов. Закон Архимеда.
39
0.5
1
0.5
5
3
41
3
Кинематика. Причины
возникновения движения
жидкостей. Виды движения
жидкостей. Линия тока,
элементарная струйка, живое
сечение, расход: объемный,
массовый и весовой, средняя
скорость. Уравнения
движения жидкости Л.
Эйлера. Основная теорема
кинематики - теорема КошиГельмгольца.
Интегрирование уравнения
движения Эйлера. Уравнение
движения в форме ГромекиЛамба. Уравнения
неразрывности.
58
1
1
0.5
35
4
46
4
Примеры полного исследования
движения жидкостей.
Геометрическое и энергетическое
интерпретация уравнения
Бернулли для жидкости.
7
1
1
0.5
16
3 семестр
Одномерные потоки жидкостей и
газов. Плавноизменяющееся
течение. Движение потока вязкой
жидкости. Линия полной энергии,
пьезометрическая линия,
геометрический, пьезометричский
и гидравлический уклоны.
Уравнение Бернулли для газов при
изотермическом и адиабатическом
состоянии. Уравнение Гюгонио,
сопло Лаваля.Параметры
торможения . Критическая
скорость. Газодинамические
функции. Скачки уплотнения.
Природа гидравлических
сопротивлений. Основное
равнение равномерного движения.
Ламинарный и турбулентный
режимы движения жидкостей.
Максимальная и средняя скорости
при ламинарном режиме.
Турбулентное идеальной и вязкой
течение жидкости и его
характеристики. Зоны
гидравлического сопротивления.
Зависимости для коэффициента
Дарси и области их применения.
Местные гидравлические
сопротивления, потери напора в
некоторых из них.
5
46
5
6
48
6
Обтекание тел потоком
вязкой жидкости,
ламинарный и турбулентный
пограничные слои. Толщина
пограничного слоя. Явление
отрыва. Сопротивление
трения и сопротивление
давления.
Дифференциальные
уравнения ламинарного
пограничного слоя.
Интегральные соотношения
Кармана.
Моделирование
гидродинамических явлений.
Физическое, аналоговое и
математическое
моделирование. Физические
модели. Геометрическое,
кинематическое и
динамическое подобие.
Критерии
гидромеханического
моделирования.
Использование
вычислительной техники в
процессе моделирования.
11
0.5
1
1
21
8
0.5
1
1
12
Всего
108
4
6
4
94
5. Содержание лекционного курса
№
Всего
№
темы часов лекции
1
2
3
1
2
1
2
1
1
3
3
2
4
4
2
5
5
3
6
6
4
Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции
4
Краткий исторический обзор. Предмет курса гидрогазодинамики.
Примеры гидромеханических задач из техники. Объект изучения.
Основные физические свойства жидкостей и газов: плотность,
удельный вес, сжимаемость, изменение объема при изменении
температуры, теку- честь, вязкость. Два режима движения жидкости
и газа. Гипотеза сплошности.
Гидростатика. Силы, действующие в жидкостях: объемные
(массовые) и поверхностные. Свойства гидростатического давления.
Уравнение равновесия жидкости Л. Эйлера. Основные уравнения
гидростатики (1 и 2 формы).
Закон Паскаля. Определение сил давления покоящейся жидкости на
плоские и криволинейные поверхности. Распределение давления в
покоящемся газе при изотермическом и адиабатическом состояниях
газов. Закон Архимеда.
Кинематика. Причины возникновения движения жидкостей. Виды
движения жидкостей. Линия тока, элементарная струйка, живое
сечение, расход: объемный, массовый и весовой, средняя скорость.
Уравнения движения жидкости Л. Эйлера. Закон ' вязкого трения
Ньютона. Уравнение Навье-Стокса движения вязкой жидкости.
Ускорение: полное, локальное и конвективное. Основная теорема
кинематики- теорема Коши-Гельмгольца.
Гидравлический расчет трубопроводов. Простой трубопровод и три
основные задачи его расчета. Параллельное и последовательное
соединение трубопроводов. Расчет тупиковых и кольцевых сетей.
Особенности расчета коротких труб (сифонные трубопроводы).
Аэродинамический расчет трубопроводов для газов. Влияние срока
службы трубопровода на их пропускную способность и
гидравлическое сопротивление. Понятие о движении двухфазных
потоков в трубопроводах.
Гидравлический расчет истечения жидкостей. Истечение из малых и
больших отверстий в тонкой стенке. Истечение жидкости через
насадки.
Истечение при переменном напоре.
Неустановившееся движение жидкости. Уравнение неразрывности
для неустановившегося движения. Гидравлический удар в трубах (
жесткий, упругий, прямой и непрямой). Формула И.Е. Жуковского.
Относительное движение тела и жидкостей. Обтекание тел потоком вязкой
жидкости, ламинарный и турбулентный пограничные слои. Толщина
пограничного слоя. Явление отрыва.
Силы, действующие со стороны жидкости на обтекаемое тело. Сопротивление
трения и сопротивление давления. Данные экспериментов по обтеканию цилиндра
и шара. Давление ветра на здания и сооружения. Падение твердых частиц в
жидкости. Скорость витания. Пневмотранспорт твердых частиц. Скорость веяния.
Моделирование гидродинамических явлений. Физическое,
аналоговое и математическое моделирование. Физические модели.
Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие.
Критерии гидромеханического моделирования.
Использование вычислительной техники в процессе моделирования.
6. Содержание коллоквиумов
Не предусматривается
7. Перечень практических занятий
№
темы
1
Всего
№
часов занятия
2
3
1
1
1
2
1
2
3
1
3
4
1
4,5
5
1
6,7
6
1
8,9
Тема практического занятия. Вопросы, отрабатываемые на
практическом занятии
4
Физические свойства жидкостей. Плотность, температурное
расширение, уравнение состояния жидкости.
Гидростатика. Гидростатическое давление. Закон Архимеда
Динамика жидкости. Уравнение неразрывности. Уравнение
Бернулли.
Гидравлические сопротивления. Формула Дарси-Вейсбаха.
Коэффициент гидравлического трения. Определение местных
гидравлических потерь.
Истичение жидкости через отверстия,насадки и водосливы
Коэффициент сопротивления вентиля. Определение избыточного
давления.Абсолютная шероховатостьстенок трубопровода.
Движение жидкости в напорных трупопроводах. Определение
потерь напора. Эквивалентная длина местных сопративлений.
8. Перечень лабораторных работ
№
темы
Всего
часов
Наименование лабораторной работы. Задания, вопросы,
отрабатываемые на лабораторном занятии
Учебнометодическое
обеспечение
1
4
2
2
4
3
Исследование режимов движения жидкости и опытная
проверка критерия Рейнольдса.
8
Исследование коэффициента гидравлического трения.
2
9. Задания для самостоятельной работы студентов
№
темы
Всего
Часов
Задания, вопросы, для самостоятельного изучения
(задания)
Учебнометодическое
обеспечение
1
2
3
4
6
8
8
4
10
6
11
6
Центр давления.
Дифференциальные уравнения движения вязкой
жидкости (уравнение Навье-Стокса).
Уравнение неразрывности в гидравлической форме для
потока жидкости при установившемся движении.
Покой жидкости под действием силы тяжести.
10. Расчетно-графическая работа
Не предусматривается
11. Курсовая работа
Не предусматривается
12. Курсовой проект
Не предусматривается
13. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
1.
2.
3.
4.
5.
6.
обучающихся по дисциплине (модулю)
Вопросы для самостоятельного изучения
Распространение малых возмущений в газе.
Скорость звука в движущемся газе.
Связь между скоростью течения газа и формой его струи.
Звуковая волна как скачок уплотнения бесконечно
интенсивности.
Прямоточный реактивный двигатель.
Элементарная ударная труба.
малой
Вопросы для экзамена
1.Физические свойства жидкости.
2.Основное уравнение гидростатики.
3.Закон Архимеда.
4.Ламинарный и турбулентный режимы.
5.Характеристики турбулентности.
6.Уравнения неразрывности .
7.Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости.
8.Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.
9.Уравнение неравномерного движения.
10.Уравнение неравномерного движения.
11.Гидравлические сопротивления.
12.Местные сопротивления.
13.Основные зависимости для коэффициента гидравлического
сопротивления и области их применения.
14.Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости.
15.Физическая природа турбулентных напряжений и их представление на
основе полуэмпирических теорий.
16.Зоны сопротивления.
17.Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке.
18.Истечение через насадки. Типы насадок.
19.Истечение при переменном напоре.
20.Классификация трубопроводов. Основные расчетные уравнения и
зависимости.
21.Параллельное и последовательное соединение трубопроводов.
22.Тупиковые и кольцевые сети.
23.Гидравлический удар в трубопроводах.
24.Формула И.Е.Жуковского. уравнение Бернулли для газов.
25.Уравнение Гюгонио и его анализ: переход через скорость звука.
26.Сопло Лаваля. Адиабатное и изотермическое движение газа в трубах.
27.Основы расчета газопроводов при малых и больших перепадах давлений.
28.Обтекание тел потоком идеальной жидкости.
29.Обтекание плоской пластины потоком вязкой жидкости.
30.Толщина пограничного слоя. Обтекание тел вязкой жидкостью.
31.Явление отрыва. Силы, действующие со стороны жидкости на обтекаемое
тело.
14. Образовательные технологии
Для успешной реализации образовательного процесса по дисциплине
«Гидрогазодинамика» и повышения его эффективности используются как
традиционные педагогические технологии, так и методы активного обучения:
лабораторные работы с использованием современных измерительных
средств (ультразвуковой расходомер, ультразвуковой толщиномер,
ультразвуковой
уровнемер,
насосные
установки),
компьютерное
моделирование.
Удельный вес занятий, проводимых с использованием активных и
интерактивных методов обучения, в целом по дисциплине составляет 28,8 %
аудиторных занятий (в ФГОС ВПО не менее 20%).
15. ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
(позиции раздела нумеруются сквозной нумерацией и на них
осуществляются ссылки из 5-13 разделов)
а) основная литература (библиотека СГТУ)
1. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика [текст]: учебник для вузов /Д.В.
Штеренлихт − М.: КолосС, 2008. – 656, с. – ISBN 5−9532−0142−7.
2. Чугаев, Р.Р. Гидравлика [текст]: учебник для вузов / Р.Р. Чугаев − С.Пб.: Бастет, 2008. – 672, с. − ISBN 978−5−903178−07−0.
б) дополнительная литература
1. Гиргидов, Д.А. Техническая механика жидкости и газа [текст]:
учебник для вузов / Д.А. Гиргидов ‒ С.-Пб.: Изд-во С-ПбГПУ, 2002. –
395, с. –
ISBN 5‒ 7422‒ 0075‒ 7.
2. Кочин, Н.Е. Теоретическая гидромеханика. Часть 2 [текст]: учебник
для вузов / Н.Е. Кочин, И.А. Кибель, Н.В. Розе ‒ М.: Физматгиз, 1963. –
583, с.
3. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа [текст]: учебник для
вузов / Л.Г. Лойцянский ‒ М.: Физматгиз, 1970. – 904, с.
4. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика [текст]: учебник для
вузов / Г.Н. Абрамович ‒ М.: Наука, 1969. – 824, с.
5. Береда, Н.Н. и др. Гидрогазодинамика [текст]: уч. пособие для
энергитических специальностей вузов / Саратов: ФГОУ ВПО СГТУ,
2003. – 116, с.
6. Есин, А.И. Лабораторный практикум по гидравлике [текст]:
методические указания / А.И. Есин, Р.М. Айбушев, Т.М. Медокс −
Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2008. – 40, с.
7. Есин, А.И. Гидродинамика [текст]: методические указания и задания к
выполнению РГР / А.И. Есин, Ю.А. Александров, Т.М. Медокс −
Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2009. – 40, с.
8. Есин, А.И. Примеры расчетов по гидростатике [текст]: методические
указания и задания к РГР / А.И. Есин, Е.Н. Миркина – Саратов: ФГОУ
ВПО «Саратовский ГАУ», 2012. – 22, с.
9. Осватич, К. Сборник задач и упражнений по газовой динамике [текст]:
уч. пособие / К. Осватич, Р. Шварценбенгер ‒ М.: Мир, 1967. – 273, с.
[Электронный ресурс.] – Режим доступа: http://bookfi.org/book/791783.
16. Материально-техническое обеспечение
Для проведения занятия используется следующее материально-техническое
обеспечение:
установка Рейнольдса;
установка «простой
трубопровод»;
установка для демонстрации диаграммы Бернулли; установка для
демонстрации истечения жидкости при постоянном и переменном
напоре.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100.62
Теплоэнергетика и теплотехника.
Рабочую программу составил ________ «___»______________/_________/
17. Дополнения и изменения в рабочей программе
Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры
«____»_________ 201 ___ года, протокол № _________
Зав. кафедрой _______________/_____________/
Внесенные изменения утверждены на заседании
УМКС/УМКН
«_____»_________ 201 __ года, протокол № ____
Председатель УМКН ________/______________/